Petroleum, petrochemical and natural gas industries -- Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production

ISO 23936 describes general principles and gives requirements and recommendations for the selection and qualification of non-metallic materials for service in equipment used in oil and gas production environments, where the failure of such equipment could pose a risk to the health and safety of the public and personnel, or to the environment. It can be applied to help avoid failures of the equipment itself. It supplements, but does not replace, the material requirements given in the appropriate design codes, standards or regulations. ISO 23936-2:2011 describes the requirements and procedures for qualification of elastomeric material used in equipment for oil and gas production.

Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel -- Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs à la production de pétrole et de gaz

L'ISO 23936 décrit des principes généraux et spécifie des exigences et des recommandations concernant la sélection et la qualification des matériaux non métalliques pour des équipements utilisés en production de pétrole et de gaz, lorsque la rupture d'un tel équipement pourrait présenter un risque pour la santé et la sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Elle peut également contribuer ŕ éviter des défaillances des équipements eux-męmes. Elle complčte, sans toutefois s'y substituer, les exigences concernant les matériaux dans les codes de conception, normes ou réglementations appropriés. L'ISO 23936-2:2011 décrit les exigences et les modes opératoires de qualification des matériaux élastomčres utilisés dans les équipements de production de pétrole et de gaz.

General Information

Status
Published
Publication Date
08-Dec-2011
Current Stage
6060 - International Standard published
Start Date
18-Nov-2011
Completion Date
09-Dec-2011
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ISO 23936-2:2011 - Petroleum, petrochemical and natural gas industries -- Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production
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ISO 23936-2:2011 - Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel -- Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs a la production de pétrole et de gaz
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 23936-2
First edition
2011-12-15
Petroleum, petrochemical and natural gas
industries — Non-metallic materials in
contact with media related to oil and gas
production —
Part 2:
Elastomers
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel — Matériaux
non métalliques en contact avec les fluides relatifs à la production de
pétrole et de gaz —
Partie 2: Élastomères
Reference number
ISO 23936-2:2011(E)
ISO 2011
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ISO 23936-2:2011(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
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All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means,

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Published in Switzerland
ii © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 23936-2:2011(E)
Contents Page

Foreword ............................................................................................................................................................ iv

Introduction ......................................................................................................................................................... v

1  Scope ...................................................................................................................................................... 1

2  Normative references ............................................................................................................................ 1

3  Terms, definitions and abbreviated terms .......................................................................................... 2

3.1  Terms and definitions ........................................................................................................................... 2

3.2  Abbreviated terms ................................................................................................................................. 4

4  Technical requirements ........................................................................................................................ 4

5  Documentation requirements .............................................................................................................. 5

6  Requirements for manufacturers ......................................................................................................... 6

6.1  General requirements ........................................................................................................................... 6

6.2  Validation of compliance ...................................................................................................................... 7

7  Qualification of elastomer materials (ageing and RGD) .................................................................... 8

7.1  General ................................................................................................................................................... 8

7.2  Requirements for ageing tests ............................................................................................................. 8

7.3  Requirements for rapid gas decompression testing ......................................................................... 9

8  Qualification of elastomeric materials in bonded flexible hose ....................................................... 9

8.1  General ................................................................................................................................................... 9

8.2  Qualification of bonded flexible hose liner material ........................................................................ 10

8.3  Qualification of bonded flexible hose – Layers outside the liner ................................................... 14

9  Qualification of elastomeric materials in other large components ................................................ 15

9.1  General ................................................................................................................................................. 15

9.2  Qualification of elastomeric materials in flexible joints .................................................................. 15

9.3  Qualification of elastomeric materials in blow-out preventers ....................................................... 15

9.4  Qualification of elastomeric materials for packers .......................................................................... 16

Annex A (normative) Test media, conditions, equipment and procedures for ageing of

elastomeric materials .......................................................................................................................... 17

Annex B (normative) Test media, conditions, equipment and procedures for rapid gas

decompression testing of elastomeric materials ............................................................................. 26

Annex C (informative) Most commonly used elastomeric materials ........................................................... 40

Annex D (normative) Procedure for estimation of material service life using the Arrhenius

relationship .......................................................................................................................................... 42

Annex E (informative) Physical and chemical ageing ................................................................................... 47

Annex F (informative) Rapid gas decompression (RGD) .............................................................................. 62

Bibliography ...................................................................................................................................................... 66

© ISO 2011 – All rights reserved iii
---------------------- Page: 3 ----------------------
ISO 23936-2:2011(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been

established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and

non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the

International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards

adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an

International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 23936-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 67, Materials, equipment and offshore structures

for petroleum, petrochemical and natural gas industries.

ISO 23936 consists of the following parts, under the general title Petroleum, petrochemical and natural gas

industries — Non-metallic materials in contact with media related to oil and gas production:

 Part 1: Thermoplastics
 Part 2: Elastomers
The following parts are planned:
 Part 3: Thermosets
 Part 4: Fibre-reinforced composite
 Part 5: Other non-metallic materials
iv © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 23936-2:2011(E)
Introduction

ISO 23936 is intended to be of benefit to a broad industry group, ranging from operators and suppliers to

engineering companies and authorities. ISO 23936 covers relevant generic types of non-metallic material

(thermoplastics, elastomers, thermosetting plastics, fibre-reinforced plastics, etc.) and draws upon a wide

range of existing technical experience, which has never before been summarized in a technical standard.

ISO 23936 does not cover polymeric coatings such as thermal insulation and paint that are applied to the

outside of components but that are not in contact with oilfield fluids.

The evaluation and qualification process described in this part of ISO 23936 is intended to ensure that the

user of non-metallic materials has sufficient understanding and knowledge of the applicable materials to

obtain acceptable performance in the specified environment, and that the user can rely on stable quality to

meet given specifications. A quality system is useful to ensure compliance with the requirements of this part of

ISO 23936.

Successful qualification of a manufacturer and a specific material is intended to be valid for other projects and

different operators. The consideration of qualification of a manufacturer is at the discretion and determination

of the purchaser, normally on the basis of documentation provided by the manufacturer, as required in this

part of ISO 23936 or any specific additional documentation.

The purchaser is responsible for ensuring (if necessary, with external competence) that the manufacturers

selected are qualified.
This part of ISO 23936 is based on NORSOK standard M-710.
© ISO 2011 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 23936-2:2011(E)
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-
metallic materials in contact with media related to oil and gas
production —
Part 2:
Elastomers
1 Scope

ISO 23936 describes general principles and gives requirements and recommendations for the selection and

qualification of non-metallic materials for service in equipment used in oil and gas production environments,

where the failure of such equipment could pose a risk to the health and safety of the public and personnel, or

to the environment. It can be applied to help avoid failures of the equipment itself. It supplements, but does

not replace, the material requirements given in the appropriate design codes, standards or regulations.

This part of ISO 23936 describes the requirements and procedures for qualification of elastomeric material

used in equipment for oil and gas production.
2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.

ISO 34-1:2010, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of tear strength — Part 1: Trouser,

angle and crescent test pieces

ISO 37, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of tensile stress-strain properties

ISO 48, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of hardness (hardness between 10 IRHD and

100 IRHD)

ISO 815-1, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of compression set — Part 1: At ambient or

elevated temperatures
ISO 2781, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of density

ISO 2921, Rubber, vulcanized — Determination of low-temperature retraction (TR test)

ISO 3601-3:2005, Fluid power systems — O-rings — Part 3: Quality acceptance criteria

ISO 7619-1, Rubber, vulcanized or thermoplastic — Determination of indentation hardness — Part 1:

Durometer method (Shore hardness)

ISO 13628-10:2005, Petroleum and natural gas industries — Design and operation of subsea production

systems — Part 10: Specification for bonded flexible pipe
© ISO 2011 – All rights reserved 1
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ISO 23936-2:2011(E)
ASTM D297, Standard Test Methods for Rubber Products — Chemical Analysis
ASTM D395, Standard Test Methods for Rubber Property — Compression Set

ASTM D412, Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers — Tension

ASTM D624, Standard Test Method for Tear Strength of Conventional Vulcanized Rubber and Thermoplastic

Elastomers
ASTM D1414, Standard Test Methods for Rubber O-Rings
ASTM D1415, Standard Test Method for Rubber Property — International Hardness
ASTM D2240, Standard Test Method for Rubber Property — Durometer Hardness
API 17K, Specification for Bonded Flexible Pipe
3 Terms, definitions and abbreviated terms

For the purposes of this document, the following terms, definitions and abbreviated terms apply.

3.1 Terms and definitions
3.1.1
accelerated test
test undertaken under conditions designed to speed material deterioration

NOTE This is usually accomplished by increasing temperature, in order to raise chemical reaction rates, but fluid

concentration and stress are variables which can also be manipulated.
3.1.2
asset operator

person who operates an asset, who has knowledge of well parameters and who transmits this information to

the user (3.1.15)
NOTE 1 An asset can be a well, a production train, a plant, etc.

NOTE 2 Well parameters can be fluid exposure, temperatures, pressures, duration, etc.

3.1.3
compression set

difference between the original sample height and the post-test height, divided by the interference, expressed

as a percentage
3.1.4
elastomer
rubber

amorphous material mechanically mixed with other constituents to form a rubber compound, which is then

shaped by flow into articles by means of the manufacturing processes of moulding or extrusion, and then

(invariably) chemically cured at elevated temperature to form an elastic insoluble material

3.1.5
fluid
medium such as a gas, liquid, supercritical gas, or a mixture of these
2 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 23936-2:2011(E)
3.1.6
interference

difference between the original sample height and the height of spacer bar, each measured in the same

direction as the direction of compression
3.1.7
compound manufacturer
manufacturer

producer of the elastomer material or of semi-finished products made from elastomer materials

3.1.8
modulus
tensile stress at a given elongation
NOTE In the rubber industry, the modulus at 50 % elongation is often chosen.
3.1.9
polymer

high molecular weight molecule, natural or synthetic, whose chemical structure can be represented by

repeated small units which collectively form molecular chains

NOTE This material class has three main sub-groups: elastomers, thermoplastics and thermosets.

3.1.10
rapid gas decompression
RGD
depressurization
explosive decompression

rapid pressure-drop in a high pressure gas-containing system which disrupts the equilibrium between external

gas pressure and the concentration of gas dissolved inside any polymer, with the result that excess gas tries

to escape from the solution at points throughout the material, causing expansion

NOTE If large enough, and if the pressure-drop rate is faster than the natural gas diffusion rate, blistering or rupturing

can occur.
3.1.11
room temperature
temperature of (23  2) °C
3.1.12
seal cross-section
cross-section diameter
CSD

free height of a seal at room temperature, measured normal to seal diameter in the direction of compression in

the test

NOTE The measurement is taken at three circumferentially equidistributed positions.

3.1.13
seal type
seal design of specified geometry, size and orientation
EXAMPLE An O-ring.
3.1.14
thermoplastic

material capable of being repeatedly softened by heating and hardened by cooling through a temperature

range characteristic of the plastic and, in the softened state, of being repeatedly shaped by flow into articles

by moulding, extrusion or forming
© ISO 2011 – All rights reserved 3
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ISO 23936-2:2011(E)
3.1.15
user

person responsible for the selection of suitable materials for a service operation based on information

received from the asset operator (3.1.2)
3.1.16
purchaser
party responsible for procuring the elastomer material or component
3.2 Abbreviated terms
BOP blow-out preventer
BRE base resistant elastomers
COC certificate of conformance
CSD cross-section diameter
DMA dynamic mechanical analysis
DMTA dynamic mechanical thermal analysis
DSC differential scanning calorimetry
GMPHOM Guide to Manufacturing and Purchasing Hoses for Offshore Moorings
HNBR hydrogenated nitrile butadiene rubber
HP high pressure
LNG liquefied natural gas
NBR nitrile butadiene rubber
OCIMF Oil Companies International Marine Forum
PBR polished bore receptacle
RGD rapid gas decompression (rapid gas depressurization)
SPS solubility parameter spectroscopy
TMA thermo mechanical analysis
4 Technical requirements

Technical requirements depend on material property characteristics and specific functional tests for an

application.

Elastomer selection shall be based on evaluation of compatibility with service environment, functionality under

service and the design lifetime. This part of ISO 23936 covers materials tests and not functional tests. The

following should be considered as appropriate to the component requirements and evaluated when selecting

the material:
4 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 23936-2:2011(E)

a) adequate physical and mechanical properties (density, hardness, tensile strength, elongation at break,

modulus of elasticity, compression set, tear strength, etc.); standard properties from which design

specifications are selected and for quality assurance and control aspects;

b) resistance against RGD events; a property of importance in high pressure gas sealing applications,

covered in depth in this part of ISO 23936;

c) long-term behaviour; resistance to chemical/physical change of the material; an important characteristic

regarding sealing generally in the oil and gas sector, covered in this part of ISO 23936;

d) low temperature flexibility; a property highly relevant to low temperature sealing applications;

e) for large components exposed to gaseous production fluid, high pressure gas permeation; a property

highly relevant to possible gas pressure build-up within the component structure, e.g. for hoses;

f) resistance to high pressure extrusion or creep (functional tests not covered by this part of ISO 23936);

g) resistance to thermal cycling and dynamic movement (functional tests not covered by this part of

ISO 23936).

Clause 2 gives references to relevant standards for elastomeric materials. The standards describe the test

methodology for performing particular materials tests. The test conditions and durations shall be as described

in this part of ISO 23936 and shall take precedence in those cases where this part of ISO 23936 deviates from

the referenced standards.

Long term (ageing) test objectives are described in Clause 7; procedural details are given in Annex A.

RGD test objectives and procedures for elastomer O-ring seals are described in Clause 7 and Annex B.

It is the responsibility of the asset operator to provide all necessary information about service conditions and

environment.
Information on elastomer characteristics is provided in Annex C.
5 Documentation requirements

NOTE The required documentation of material properties of thermoplastic materials is described in ISO 23936-1.

Required documentation of material properties is given in Table 1. Requirements pertaining both to

documentation of properties and quality control are given. Each elastomer material used shall be traceable to

the compound manufacturer and their quality control documentation as required in Table 1. Each batch of

material shall be supplied with, as a minimum, a certificate of conformance (COC) and traceability information.

Table 1 also defines the minimum amount of production and quality control testing required during

manufacturing of the elastomer materials. The final procedures, with respect to key parameters and

tolerances, shall be defined based on results from testing performed according to this part of ISO 23936.

The user shall define the necessary requirements with tolerances in the purchase specification.

Guidelines on selection of standards are given in parentheses. Characteristics, which are not relevant for

expected service conditions and/or material type, may be omitted.
© ISO 2011 – All rights reserved 5
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ISO 23936-2:2011(E)
Table 1 — Required documentation for elastomer material properties
Properties Documentation Quality control tests
a c
Density (ISO 2781 or ASTM D297)
D B
Hardness (IRHD/Shore A) (ISO 48/ISO 7619-1, ASTM D2240/
D B
ASTM D1415)
Tensile and elongation properties (ISO 37, ASTM D1414, D B
ASTM D412)
Compression set (ISO 815-1, ASTM D395/ASTM D1414) D
Low temperature characteristics by DSC, DMA or TMA D
Tear strength (ISO 34-1:2010, Method A, ASTM D624) D
Temperature of retraction (ISO 2921) D
Ageing/RGD characteristics (Annexes A/B) D
High pressure gas permeation

D: Properties to be documented for each supplier for each type of material. Nominal values with tolerances shall be

given (Data Sheet).

DH: As for D, but specifically when using all large components exposed to high pressure gas.

B: Properties to be documented on a batch-wise basis, minimum 5 samples per test per batch with all results presented.

The acceptance criteria shall be established prior to the test and based on qualification test results.

Material property tests may also be omitted if users have documented performance-based functional tests that

they use to approve rubber materials.
6 Requirements for manufacturers
6.1 General requirements

It is the requirement of the manufacturer to provide documents attesting that the material has been

manufactured and tested appropriately and that the material has met the relevant quality control requirements

in this part of ISO 23936.

The testing shall be performed on specimens produced from specific rubber formulations and, where possible,

production procedures. The COC should include as a minimum density, batch hardness, tensile properties

(moduli, strength, elongation at break), date of manufacture and (where referenced) the sample curing

process. The COC should be signed by a quality representative. For large rubber components, tests on small

components shall be suitable for the properties of the large component unless otherwise agreed between the

interested parties.

This part of ISO 23936 specifies the required types of tests that shall be performed in order to document the

material suitability and compatibility with test fluids specified in this part of ISO 23936 which are applicable to

the intended application.

The testing shall apply for the elastomer materials and the results shall be valid as long as the requirements

stated in 6.2 are satisfied. For later supplies of identical material from the same manufacturer, a quality control

of each batch of material shall be sufficient. Table 2 lists typical quality assurance and quality control

document templates showing imaginary data.
6 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 23936-2:2011(E)
Table 2 — Typical quality assurance and quality control information
Material
Manufacturer Acme Seals, Inc.
Compound grade FabFluoro
Elastomer type ASTM D1418-05 FKM Type 3
Lot/batch no. FF2344rw4r/07
Cure date Q4 2010
Typical Properties Applicable standard Unit Value
Density ISO 2781 g/cm 1,8
Hardness ISO 48 IRHD 85
Tensile strength ISO 37 MPa 21
Modulus at 50% elongation ISO 37 MPa 10,1
Modulus at 100% elongation ISO 37 MPa 18,5
Elongation at break ISO 37 % 125

It may not be necessary to perform qualification testing for a particular material, if relevant successful well-

documented in-service experience with traceable production records and quality control documentation is

available to all relevant parties. This shall be agreed between interested parties.

Such documentation shall contain detailed information about service conditions such as time, temperature,

pressure, fluid composition and chemicals added. An asset operator can, for example, provide the

documentation of flawless service. The existing service temperature recorded therein shall be in the same

range as for the new application (it shall be a maximum of 10 °C below), the existing service pressure shall

not be more than 10 % below that for the new application, and the existing service life shall be a minimum of

50 % of design life.

The manufacturer who has tested and qualified his compound(s) can make a statement making this known.

Such a statement shall define which parts of ISO 23936 are complied with. Further, the statement shall

include whether the testing was done according to Annex A and/or Annex B, and define the fluid composition,

conditions and overall duration for the testing.
6.2 Validation of compliance

The elastomer properties shall apply to each specific elastomer compound produced by each specific

manufacturer. The existing elastomer data used by one purchaser may also be accepted by subsequent

purchasers, provided the requirements in this part of ISO 23936 are still complied with.

A compound shall be re-tested if changes are made to the compound or the process. If compound mixing

and/or moulding is carried out at different plants/locations, a separate qualification shall be performed for each

plant.

NOTE All materials previously approved in accordance with NORSOK M-710 are approved in accordance with this

part of ISO 23936.
© ISO 2011 – All rights reserved 7
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ISO 23936-2:2011(E)
7 Qualification of elastomer materials (ageing and RGD)
7.1 General

The technical necessities for the testing of elastomeric materials are divided into two parts:

 7.2 defines the chemical ageing test requirements (see Annex A);
 7.3 defines the requirements for RGD testing (see Annex B).

The test regimes shall be selected based on an analysis of the service conditions applying to the material in

question, if these are known. Such an assessment shall include the nature and type of all fluids which contact

the elastomer. The service life of the seal material in the relevant service environment shall be evaluated

using appropriate techniques.
7.2 Requirements for ageing tests
7.2.1 General

This part of ISO 23936 defines test procedures for the prediction of the progressive degradation of elastomeric

materials exposed to fluids at elevated temperatures over extended periods of time. It is applicable where it is

necessary to forecast material life in a specific application and for directly comparing the performance of

candidate elastomer materials. Other standards, such as API TR6J1, also provide methods to assess life of

elastomer materials.

The objective is to assess the physical effects of the fluid on the elastomer and to thermally accelerate

chemical reaction (if this occurs) between the fluid and the elastomer, causing tensile and related property

levels to shift systematically towards a pre-defined limit of acceptability. The material is considered to have

“failed” (i.e. reached the end of its useful life) when this limit is attained. These data are then used to quantify

service life and suitability for service.

By running exposure tests with test fluids at three different elevated temperatures above the operating

temperature, three different times to reach the acceptance boundary will result, with the highest test

temperature producing the shortest “time to failure”. Plotting the log of failure times against the reciprocal of

the test temperature should result in a linear trend, enabling an estimate of service life at the operating

temperature.

For accelerated testing, the upper test temperature should be limited to give some confidence that only

service-relevant chemical and/or physical processes will occur.

The preferred test piece geometry is the tensile dumbbell; various standards apply (see Table 1). The ageing

of moulded sheet, for subsequent stamping-out of tensile test pieces, is not allowed. The elastomer shall be

tested in unconstrained mode; that is, free-standing, with fluid able to freely access all surfaces.

When extrapolating data from the present procedures, appropriate statistical techniques shall be applied. For

example, if progressive degradation is apparently dependent on a single chemical ageing process, a method

based on the Arrhenius relationship shall be used as described in Annex D. It is recommended that results

always first be assessed on an Arrhenius basis. If an Arrhenius relationship does not exist or ageing does not

occur, see Annex E for further guidance.

Test media, conditions, equipment, procedures and test report requirements are described in detail in

Annex A.
7.2.2 Acceptance criteria for elastomers

The acceptance criteria shall be established prior to commencing the ageing test. The following criteria have

been established as the maximum acceptable ranges for three particular properties; any relaxation of these

8 © ISO 2011 – All rights reserved
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ISO 23936-2:2011(E)
requirements shall be agreed upon by the user. A
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 23936-2
Première édition
2011-12-15
Industries du pétrole, de la pétrochimie et
du gaz naturel — Matériaux non
métalliques en contact avec les fluides
relatifs à la production de pétrole et de
gaz —
Partie 2:
Élastomères
Petroleum, petrochemical and natural gas industries — Non-metallic
materials in contact with media related to oil and gas production —
Part 2: Elastomers
Numéro de référence
ISO 23936-2:2011(F)
ISO 2011
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ISO 23936-2:2011(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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de l'ISO à l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.

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Version française parue en 2013
Publié en Suisse
ii © ISO 2011 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 23936-2:2011(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..................................................................................................................................................... iv

Introduction ......................................................................................................................................................... v

1  Domaine d'application .......................................................................................................................... 1

2  Références normatives ......................................................................................................................... 1

3  Termes, définitions et abréviations ..................................................................................................... 2

3.1  Termes et définitions ............................................................................................................................ 2

3.2  Abréviations ........................................................................................................................................... 4

4  Exigences techniques ........................................................................................................................... 5

5  Exigences relatives à la documentation ............................................................................................. 5

6  Exigences relatives aux fabricants ...................................................................................................... 7

6.1  Exigences générales ............................................................................................................................. 7

6.2  Validation de la conformité .................................................................................................................. 8

7  Qualification des matériaux élastomères (vieillissement et RGD) ................................................... 8

7.1  Généralités ............................................................................................................................................. 8

7.2  Exigences relatives aux essais de vieillissement .............................................................................. 8

7.3  Exigences relatives aux essais de décompression rapide du gaz ................................................ 10

8  Qualification des matériaux élastomères dans les flexibles composites ..................................... 10

8.1  Généralités ........................................................................................................................................... 10

8.2  Qualification du matériau de chemisage des flexibles composites .............................................. 11

8.3  Qualification des flexibles composites – Couches externes au chemisage ................................. 16

9  Qualification des matériaux élastomères dans d'autres grands composants ............................. 16

9.1  Généralités ........................................................................................................................................... 16

9.2  Qualification des matériaux élastomères dans les joints flexibles ................................................ 16

9.3  Qualification des matériaux élastomères dans les blocs d'obturation de puits .......................... 17

9.4  Qualification des matériaux élastomères pour les garnitures d'étanchéité.................................. 17

Annexe A (normative) Milieux, conditions, équipements et modes opératoires des essais de

vieillissement des matériaux élastomères ....................................................................................... 19

Annexe B (normative) Milieux, conditions, équipements et modes opératoires des essais de

décompression rapide du gaz des matériaux élastomères ............................................................ 29

Annexe C (informative) Matériaux élastomères les plus courants .............................................................. 44

Annexe D (normative) Procédure d'estimation de la durée de vie en service d'un matériau en

utilisant la relation d'Arrhenius .......................................................................................................... 46

Annexe E (informative) Vieillissement physique et chimique ...................................................................... 52

Annexe F (informative) Décompression rapide du gaz (RGD) ...................................................................... 67

Bibliographie ..................................................................................................................................................... 71

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ISO 23936-2:2011(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de

normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée

aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du

comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec

la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,

Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes

internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur

publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres

votants.

L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne

pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L'ISO 23936-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 67, Matériel, équipement et structures en mer

pour les industries pétrolière, pétrochimique et du gaz naturel.

L'ISO 23936 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Industries du pétrole, de la

pétrochimie et du gaz naturel — Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs à la production

de pétrole et de gaz:
 Partie 1: Matières thermoplastiques
 Partie 2: Élastomères
Les parties suivantes sont prévues:
 Partie 3: Plastiques thermodurcissables
 Partie 4: Composites renforcés par des fibres
 Partie 5: Autres matériaux non métalliques
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ISO 23936-2:2011(F)
Introduction

De nombreux acteurs de l'industrie allant des opérateurs et fournisseurs jusqu'aux ingénieurs et aux autorités

doivent tirer profit de l'ISO 23936. L'ISO 23936 couvre les types génériques appropriés de matériaux non

métalliques (matières thermoplastiques, élastomères, plastiques thermodurcissables, plastiques renforcés par

des fibres et autres matériaux) et utilise un large éventail d'expériences techniques existantes qui n'ont

jusqu'à présent jamais été récapitulées dans une norme technique.

L'ISO 23936 ne traite pas des revêtements polymères, tels que l'isolation thermique et la peinture, qui sont

appliqués à l'extérieur des composants, mais n'entrent pas en contact avec les fluides des champs

pétrolifères.

Le processus d'évaluation et de qualification décrit dans la présente partie de l'ISO 23936 vise à garantir que

l'utilisateur de matériaux non métalliques disposera d'informations et de connaissances suffisantes sur les

matériaux applicables pour obtenir des performances acceptables dans l'environnement spécifié et que

l'utilisateur pourra s'appuyer sur une qualité de matériau stable pour satisfaire aux spécifications indiquées.

Un système qualité est utile pour assurer la conformité aux exigences de la présente partie de l'ISO 23936.

Une qualification réussie d'un fabricant et d'un matériau spécifique est destinée à être valable pour d'autres

projets impliquant des opérateurs différents. Il incombe à l'acheteur de décider et de déterminer si la

qualification d'un fabricant doit être prise en compte, en prenant normalement pour base la documentation

transmise par le fabricant et conforme aux exigences de la présente partie de l'ISO 23936, ou toute

documentation complémentaire spécifique.

L'acheteur est tenu de s'assurer de la qualification des fabricants sélectionnés (si nécessaire, en recourant

aux services d'un prestataire externe).
La présente partie de l'ISO 23936 est basée sur la norme NORSOK M-710.
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NORME INTERNATIONALE ISO 23936-2:2011(F)
Industries du pétrole, de la pétrochimie et du gaz naturel —
Matériaux non métalliques en contact avec les fluides relatifs à
la production de pétrole et de gaz —
Partie 2:
Élastomères
1 Domaine d'application

L'ISO 23936 décrit des principes généraux et spécifie des exigences et des recommandations concernant la

sélection et la qualification des matériaux non métalliques pour des équipements utilisés en production de

pétrole et de gaz, lorsque la rupture d'un tel équipement pourrait présenter un risque pour la santé et la

sécurité du public et du personnel ou pour l'environnement. Elle peut également contribuer à éviter des

défaillances des équipements eux-mêmes. Elle complète, sans toutefois s'y substituer, les exigences

concernant les matériaux dans les codes de conception, normes ou réglementations appropriés.

La présente partie de l'ISO 23936 décrit les exigences et les modes opératoires de qualification des matériaux

élastomères utilisés dans les équipements de production de pétrole et de gaz.
2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les

références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du

document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).

ISO 34-1:2010, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la résistance au

déchirement — Partie 1: Éprouvettes pantalon, angulaire et croissant

ISO 37, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination des caractéristiques de contrainte-

déformation en traction

ISO 48, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la dureté (dureté comprise entre

10 DIDC et 100 DIDC)

ISO 815-1, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la déformation rémanente après

compression — Partie 1: À températures ambiantes ou élevées

ISO 2781, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la masse volumique

ISO 2921, Caoutchouc vulcanisé — Détermination du retrait à basse température (essai TR)

ISO 3601-3:2005, Transmissions hydrauliques et pneumatiques — Joints toriques — Partie 3: Critères de

qualité

ISO 7619-1, Caoutchouc vulcanisé ou thermoplastique — Détermination de la dureté par pénétration —

Partie 1: Méthode au duromètre (dureté Shore)
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ISO 23936-2:2011(F)

ISO 13628-10:2005, Industries du pétrole et du gaz naturel — Conception et exploitation des systèmes de

production immergés — Partie 10: Spécification pour canalisations flexibles composites

ASTM D297, Standard Test Methods for Rubber Products — Chemical Analysis.
ASTM D395, Standard Test Methods for Rubber Property — Compression Set.

ASTM D412, Standard Test Methods for Vulcanized Rubber and Thermoplastic Elastomers — Tension.

ASTM D624, Standard Test Method for Tear Strength of Conventional Vulcanized Rubber and Thermoplastic

Elastomers.
ASTM D1414, Standard Test Methods for Rubber O-Rings.
ASTM D1415, Standard Test Method for Rubber Property — International Hardness.
ASTM D2240, Standard Test Method for Rubber Property — Durometer Hardness.
API 17K, Specification for Bonded Flexible Pipe.
3 Termes, définitions et abréviations

Pour les besoins du présent document, les termes, définitions et abréviations suivants s'appliquent.

3.1 Termes et définitions
3.1.1
essai accéléré

essai réalisé dans des conditions conçues pour accélérer la détérioration du matériau

NOTE Ceci est généralement accompli en augmentant la température afin d'accélérer les réactions chimiques, la

concentration et les contraintes exercées sur le fluide étant des variables qu'il est également possible de manipuler.

3.1.2
exploitant

personne assurant l'exploitation d'un site, connaissant les paramètres de forage et communiquant ces

informations à l'utilisateur (3.1.15)
NOTE 1 Un site peut être un puits, une ligne de production, une unité, etc.

NOTE 2 Les paramètres de forage peuvent être l'exposition aux fluides, les températures, les pressions, la durée, etc.

3.1.3
déformation rémanente après compression

différence entre la hauteur initiale de l'échantillon et la hauteur après l'essai, divisée par l'interférence,

exprimée en pourcentage
3.1.4
élastomère
caoutchouc

matériau amorphe mécaniquement mélangé à d'autres composants pour former une composition de

caoutchouc qui est ensuite mise en forme par écoulement dans des articles au moyen de procédés de

fabrication par moulage ou extrusion, puis (invariablement) durcie chimiquement à température élevée pour

former un matériau élastique insoluble
3.1.5
fluide
milieu de type gaz, liquide, gaz supercritique ou mélange de ceux-ci
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ISO 23936-2:2011(F)
3.1.6
interférence

différence entre la hauteur initiale de l'échantillon et la hauteur de l'entretoise d'écartement, chaque hauteur

étant mesurée dans la direction de compression
3.1.7
fabricant de composés
fabricant

producteur du matériau élastomère ou de produits semi-finis fabriqués à partir de matériaux élastomères

3.1.8
module
contrainte de traction à un allongement donné

NOTE Dans l'industrie du caoutchouc, le module à un allongement de 50 % est souvent choisi.

3.1.9
polymère

molécule, naturelle ou synthétique, de masse moléculaire élevée dont la structure chimique peut être

représentée par de petites unités répétitives qui forment collectivement des chaînes moléculaires

NOTE Cette classe de matériau comporte trois sous-groupes principaux: les élastomères, les matières

thermoplastiques et les plastiques thermodurcissables.
3.1.10
décompression rapide des gaz
RGD
dépressurisation
décompression explosive

chute de pression rapide dans un système contenant du gaz sous haute pression, qui rompt l'équilibre entre

la pression de gaz externe et la concentration du gaz dissous à l'intérieur d'un polymère, avec pour

conséquence que le gaz en excès cherche des points de sortie dans tout le matériau en entraînant une

dilatation

NOTE Si le matériau est suffisamment grand et si la chute de pression est plus rapide que la vitesse de diffusion

naturelle du gaz, un cloquage ou une rupture peut se produire.
3.1.11
température ambiante
température de (23  2) °C
3.1.12
section transversale du joint
diamètre de section transversale
CSD

hauteur libre d'un joint à température ambiante, mesurée perpendiculairement au diamètre du joint dans la

direction de compression de l'essai

NOTE Le mesurage est effectué en trois positions équidistantes sur la circonférence du joint.

3.1.13
type de joint
modèle de joint ayant une géométrie, une taille et une orientation spécifiées
EXEMPLE Joint torique.
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ISO 23936-2:2011(F)
3.1.14
matière thermoplastique

matière pouvant être ramollie plusieurs fois par la chaleur et durcie par le froid en fonction d'une gamme

caractéristique de températures de la matière plastique et, à l'état de ramollissement, pouvant être mise en

forme de façon répétée pour transformation en objets par moulage, extrusion ou formage

3.1.15
utilisateur

personne chargée de sélectionner les matériaux appropriés pour une opération, en se basant sur les

informations reçues de l'exploitant (3.1.2)
3.1.16
acheteur
partie chargée de se procurer le matériau ou composant élastomère
3.2 Abréviations
BOP bloc d'obturation de puits
BRE élastomères résistant aux bases
COC certificat de conformité
CSD diamètre de section transversale
DMA analyse mécanique dynamique
DMTA analyse thermomécanique dynamique
DSC analyse calorimétrique différentielle
GMPHOM Guide de fabrication et d'achat des flexibles pour amarrage en mer
HNBR caoutchouc nitrile butadiène hydrogéné
HP haute pression
GNL gaz naturel liquéfié
NBR caoutchouc nitrile butadiène

OCIMF Oil Companies International Marine Forum (Forum maritime international des compagnies

pétrolières)
PBR récipient à alésage poli
RGD décompression rapide des gaz (dépressurisation rapide des gaz)
SPS spectroscopie du paramètre de solubilité
TMA analyse thermomécanique
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ISO 23936-2:2011(F)
4 Exigences techniques

Les exigences techniques dépendent des propriétés caractéristiques des matériaux et des essais fonctionnels

spécifiques à une application.

La sélection des élastomères doit être basée sur l'évaluation de leur compatibilité avec le milieu auquel ils

sont exposés, de leur fonctionnalité en service et de la durée de vie théorique. La présente partie de

l'ISO 23936 couvre les essais de matériaux et non les essais fonctionnels. Il convient de considérer les

éléments suivants comme étant appropriés en ce qui concerne les exigences relatives aux composants et de

les évaluer lors de la sélection du matériau:

a) les propriétés physiques et mécaniques adéquates (masse volumique, dureté, résistance à la traction,

allongement à la rupture, module d'élasticité, déformation rémanente après compression, résistance au

déchirement, etc.); propriétés normalisées à partir desquelles les spécifications de conception sont

sélectionnées et pour les aspects d'assurance et de maîtrise de la qualité;

b) la résistance aux événements de RGD; une propriété importante dans les applications d'étanchéité au

gaz à haute pression, couverte en détail dans la présente partie de l'ISO 23936;

c) le comportement à long terme; résistance aux changements chimiques/physiques du matériau; une

caractéristique importante en ce qui concerne l'étanchéité générale dans le secteur du pétrole et du gaz,

couverte dans la présente partie de l'ISO 23936;

d) la flexibilité à basse température; une propriété très importante pour les applications d'étanchéité à basse

température;

e) la perméation du gaz à haute pression pour les grands composants exposés à un fluide de production

gazeux; une propriété très importante pour l'éventuelle montée en pression du gaz dans la structure des

composants (pour les flexibles par exemple);

f) la résistance à une extrusion à haute pression ou à un fluage (essais fonctionnels non couverts par la

présente partie de l'ISO 23936);

g) la résistance à un cycle thermique et un mouvement dynamique (essais fonctionnels non couverts par la

présente partie de l'ISO 23936).

L'Article 2 indique les références des normes pertinentes pour les matériaux élastomères. Les normes

décrivent la méthodologie des essais à réaliser sur des matériaux particuliers. Les conditions et durées des

essais doivent être conformes à celles décrites dans la présente partie de l'ISO 23936 et doivent être

prioritaires lorsque cette dernière s'écarte des normes de référence.

Les objectifs des essais (de vieillissement) à long terme sont décrits dans l'Article 7 et les modes opératoires

détaillés en Annexe A. Les objectifs et les modes opératoires des essais RGD pour les joints toriques

élastomères sont décrits dans l'Article 7 et l'Annexe B.

L'exploitant est tenu de produire toutes les informations nécessaires sur les conditions de service et

l'environnement.

Les informations relatives aux caractéristiques des élastomères sont fournies dans l'Annexe C.

5 Exigences relatives à la documentation

NOTE La documentation requise sur les propriétés des matières thermoplastiques est décrite dans l'ISO 23936-1.

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ISO 23936-2:2011(F)

Le Tableau 1 indique la documentation requise sur les propriétés des matériaux. Il précise également les

exigences relatives à la documentation sur les propriétés et la maîtrise de la qualité. Il doit être possible

d'effectuer un suivi de chaque matériau élastomère jusqu'au fabricant des composés et sa documentation sur

la maîtrise de la qualité telle que prescrite dans le Tableau 1. Chaque lot de matériau doit être au moins

accompagné d'un certificat de conformité (COC) et d'informations de traçabilité.

Le Tableau 1 définit également la quantité de production minimale et les essais de contrôle de la qualité

requis lors de la fabrication des matériaux élastomères. Les modes opératoires finaux, en ce qui concerne les

principaux paramètres et tolérances, doivent être définis à partir des résultats des essais réalisés

conformément à la présente partie de l'ISO 23936.

L'utilisateur doit définir dans la spécification d'achat les exigences nécessaires ainsi que les tolérances.

Les lignes directrices pour la sélection des normes sont indiquées entre parenthèses. Les caractéristiques

non pertinentes au regard des conditions de service attendues et/ou du type de matériau, peuvent être

omises.
Tableau 1 — Documentation requise pour les propriétés des matériaux élastomères
Essais de contrôle
Propriétés Documentation
de la qualité
a c
Masse volumique (ISO 2781 ou ASTM D297)
D B
Dureté (DIDC/Shore A) (ISO 48/ISO 7619-1,
D B
ASTM D2240/ASTM D1415)
Propriétés de traction et d'allongement (ISO 37, ASTM D1414, D B
ASTM D412)
Déformation rémanente après compression (ISO 815-1, D
ASTM D395/ASTM D1414)
Caractéristiques à basse température par DSC, DMA ou TMA D
Résistance au déchirement (ISO 34-1:2010, Méthode A, D
ASTM D624)
Température de retrait (ISO 2921) D
Caractéristiques de vieillissement/RGD (Annexes A/B) D
Perméation du gaz à haute pression

D: Documentation sur les propriétés à produire pour chaque fournisseur et chaque type de matériau. Les valeurs

nominales doivent être indiquées avec les tolérances (fiche technique).

DH: Idem que D, mais spécifiquement en utilisant tous les grands composants exposés à un gaz à haute pression.

B: Documentation sur les propriétés à produire pour chaque lot, avec au moins 5 échantillons par essai et par lot et tous

les résultats présentés. Les critères d'acceptation doivent être établis avant l'essai et basés sur les résultats de l'essai de

qualification.

Les essais des propriétés des matériaux peuvent également être omis lorsque les utilisateurs disposent

d'essais fonctionnels documentés basés sur les performances qu'ils utilisent pour approuver les matériaux à

base de caoutchouc.
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ISO 23936-2:2011(F)
6 Exigences relatives aux fabricants
6.1 Exigences générales

Le fabricant est tenu de produire des documents attestant que le matériau a été fabriqué et soumis à essai de

manière appropriée et qu'il a satisfait aux exigences pertinentes de maîtrise de la qualité spécifiées dans la

présente partie de l'ISO 23936.

Les essais doivent être réalisés sur des éprouvettes produites à partir de formulations de caoutchouc

spécifiques et, si possible, suivant des modes opératoires de production. Il convient d'inclure dans le COC au

moins les informations suivantes: masse volumique, dureté du lot, propriétés de traction (modules, résistance,

allongement à la rupture), date de fabrication et procédé de traitement de l'échantillon (lorsque référencé). Il

est également recommandé de faire signer le COC par un représentant du service qualité. Pour des

composants en caoutchouc de grande taille, des essais sur de petits composants doivent convenir pour

établir les propriétés des grands composants, sauf accord contraire entre les parties intéressées.

La présente partie de l'ISO 23936 spécifie les types d'essais qui doivent être exécutés pour documenter

l'adéquation et la compatibilité du matériau avec les fluides d'essai spécifiés dans la présente partie de

l'ISO 23936 et qui sont applicables à l'application prévue.

Les essais doivent s'appliquer aux matériaux élastomères et les résultats doivent être valables tant que les

exigences mentionnées en 6.2 sont satisfaites. Pour les fournitures ultérieures de matériaux identiques

provenant du même fabricant, un contrôle de la qualité de chaque lot de matériau doit être suffisant. Le

Tableau 2 récapitule les modèles de documents d'assurance et de contrôle de la qualité caractéristiques

contenant des données fictives.

Tableau 2 — Informations caractéristiques d'assurance et de contrôle de la qualité

Matériau
Fabricant Acme Seals, Inc
Qualité du composé FabFluoro
Type d'élastomère ASTM D1418-05 FKM Type 3
N° de lot/sous-lot FF2344rw4r/07
Date de traitement Q4 2010
Propriétés caractéristiques Norme applicable Unité Valeur
Masse volumique ISO 2781 g/cm 1,8
Dureté ISO 48 DIDC 85
Résistance à la traction ISO 37 MPa 21
Module à 50 % d'allongement ISO 37 MPa 10,1
Module à 100 % d'allongement ISO 37 MPa 18,5
Allongement à la rupture ISO 37 % 125

Il peut ne pas être nécessaire d'exécuter des essais de qualification pour un matériau particulier si une

documentation complète relative à une expérience sur site satisfaisante et pertinente est mise à la disposition

de toutes les parties concernées, ainsi que des enregistrements de production traçables et une

documentation sur la maîtrise de la qualité. Ceci doit faire l'objet d'un accord entre les parties intéressées.

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ISO 23936-2:2011(F)

Une telle documentation doit contenir des informations détaillées sur les conditions sur site telles que le

temps, la température, la pression, la composition du fluide et les produits chimiques ajoutés. Un exploitant

peut, par exemple, fournir de la documentation sur un fonctionnement sans défaut. La température de service

existante enregistrée dans cette documentation doit se situer dans la même plage que pour la nouvelle

application (au maximum 10 °C au-dessous), la pression de service existante ne doit pas être inférieure de

plus de 10 % à celle de la nouvelle application, et la durée de vie actuelle doit représenter au moins 50 % de

la durée de vie théorique.

Le fabricant qui a soumis à essai et qualifié son (des) composé(s) peut faire une déclaration pour le faire

savoir. Une telle déclaration doit stipuler les parties de l'ISO 23936 auxquelles la conformité est revendiquée.

De plus, la déclaration doit spécifier si les essais ont été réalisés conformément à l'Annexe A et/ou l'Annexe B

et définir la composition du fluide, les conditions et la durée totale des essais.

6.2 Validation de la conformité

Les propriétés des élastomères doivent s'appliquer à chaque composé élastomère spécifique produit par

chaque fabricant spécifique. Les données existantes relatives aux élastomères utilisées par un acheteur

peuvent également être acceptées par des acheteurs ultérieurs, sous réserve que les exigences de la

présente partie de l'ISO 23936 restent satisfaites.

Un composé doit être soumis à de nouveaux essais en cas de changement apporté au composé ou au

procédé de fabrication. Si un composé est mélangé et/ou moulé sur différents sites ou dans différentes

usines, une qualification distincte doit être réalisée pour chaque site ou usine.

NOTE Tous les matériaux précédemment approuvés conformément à la norme NORSOK M-710 sont approuvés

conformément à la présente partie de l'ISO 23936.
7 Qualification des matériaux élastomères (vieillissement et RGD)
7.1 Généralités

Les impératifs techniques pour les essais des matériaux élastomères sont scindés en deux parties:

 7.2 définit les exige
...

Questions, Comments and Discussion

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